Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте
История развития часов
Министерство образования и науки Российской Федерации
Брянский Государственный Технический ниверситет
Дисциплина: История техники
Контрольная работ № 1
Студент Малашенко Д. В.
Групп З-04 ТМ-1
Преподаватель Малахов Ю. А.
Брянска 2004г.
1.Область применения и функциональное назначение
часов
Часы - прибор для измерения текущего времени (в секундах, минутах, часах). Часы относятся к категории приборов времени, куда входят также хронометр, секундомер, таймер, реле времени и комбинированные приборы, например часы с секундомером. Для измерения времени можно использовать равномерное поступательное или вращательное движение и периодичность колебания; мерилом времени в этих случаях будет соответственно пройденный путь (или перемещение), гол поворот или число колебаний.
2.Немного из истории
|
История часов - это история развития техники. Часовщики и оружейных дел мастера открыли новую эпоху; с изобретением пружины работ по металлу приобрела совершенно новое, смелое и перспективное направление. Часовых дел мастера открыли мир миниатюрных изделий. На пространстве, зачастую не большем, чем медная монета, они создавали искусными руками тайный мир взаимосвязанных подвижных частиц. Можно ли было представить себе спутника более надежного и постоянного, чем равномерное тиканье механических часов? вы, начиная со второй мировой войны и, особенно с тех пор, как в обиход стали прочно входить часы на электрическом и кварцевом ходу, привычное тиканье встречается все реже - в основном, среди многочисленных коллекционеров часов. Но в тоже время никогда еще старинные часы не были столь популярны. Только благодаря тому, что их изготавливали миллионными экземплярами, они до сих пор доступны даже для тех, кто обладает самым скромным бюджетом. История часов - это история прогресса и новаторской мысли, не имеющая аналогов ни в одном виде прикладного искусства. Часовых дел мастера создавали предметы потрясающей красоты и сложности, каждое из которых можно смело назвать произведением искусства. Первым стройством, са помощью которого человек измерял время, были солнечные часы. Посреди ровной площадки вбивали колышек. В солнечный день колышек отбрасывал тень на площадку, расчерченную, как циферблат современных часов. В течение дня тень двигалась, и по её положению люди определяли время дня. Но в пасмурный день и ночью солнечные часы не работали. же в середине 3-го тысячелетия до н.э. в качестве простейших часов использовался гномон. Люди мерили шагами тень, которую отбрасывал в солнечный день высокий столб. трома тень очень длинная, в полдень она совсем короткая, к вечеру снова длиняется. И можно было точно вымерить, сколько шагов, в какое время она насчитывает. В Древнем Египте и Греции время отсчитывали по солнечным часам с горизонтальными или вертикальными циферблатами.
В Самарканде в 1-й половине 15 в. лугбек построил солнечные часы высотой около 50 м. В средние века в Европе значительное распространение получили часы с вертикальным циферблатом. Такие часы, например, сохранились в Москве на здании Историко-архивного института и старом здании МГУ. В античные времена изобретены солнечные
часы, поражающие гениальностью замысла и простотой исполнения: стержень да
площадка с делениями, на которую отбрасывается тень. Такого рода часы-обелиск
сегодня стоят на одной из площадей Рима. В домах патрициев Древнего Рима за
показаниями солнечных часов следил специальный прислужник, который и оповещал
о наступлении очередного часа. Наряду с солнечными часами же во 2-м и1-м тыс. до н.э. в Индии, Египте и Греции строились водяные часы, которые показывали время и днём и ночью - не забывай только воды подливай. Простейшие водяные часы представляли собой сосуд со шкалой, проградуированной в единицах времени. В сосуд капля за каплей поступала вода из наполненного до краёв (из внешнего источника) резервуара. Постоянство давления воды в резервуаре обеспечивало равномерное наполнение сосуда и равномерное повышение ровня воды в нём, отмечаемое по шкале. Около 150 г. до н.э. Ктесибий создал водяные самодействующие часы (клепсидра), ставшие прототипом часов, которые применялись во многих странах вплоть до 18 в. втоматическая клепсидра была строена так. На колонне были обозначены часы. Римскими цифрами-ночные, арабскими-дневные. Стрелкой служила палочка, которую держал в руках маленький крылатый мальчик. Он стоял на специальной трубочке, словно гимнаст-циркач на бревне. Трубочка была строена так, что выдвигалась из часов сама собой и понемногу поднимала мальчика снизу до самого верха колонны вместе с палочкой, то есть стрелкой часов. Стрелка, двигаясь вместе с мальчиком, показывала время. За 24 часа мальчик поднимался до самого верха колонны и, понимая, что там ему делать нечего, падал вниз, чтобы медленно снова подниматься вверх. Так в любое время дня и ночи можно было знать, который час. И вот что ещё дивительно. Часы в те времена в разное время года были разной величины. По этому для каждого месяца года на колонне был начертан свой циферблат, то есть всего их было 12. Колонна медленно вращалась вокруг оси и подставляла под палочку тот циферблат, который нужно. Каждые 24 часа вода выливалась из трубки и чуть-чуть поворачивала мельничное колёсико, значит, поворачивалась немного и колонна. За год она делала полный оборот, и всё начиналось сначала.
Равномерное движение положено в основу функционирования некоторых других типов часов, в том числе песочных. Песочные часы состоят из двух грушевидных емкостей, соединенных между собой зкими концами. В
средние века, появились песочные часы,
прикрепленные к дощечке с циферблатом, напоминавшим современный. Каждый час
служитель переворачивал опустевший стеклянный сосуд и вручную переводил стрелку
на циферблате. Тогда же появляется прибор - предшественник карманных и
наручных часов - переносные песочные. Их носили, прикрепив ремнями к ноге
ниже колена.
Первое поминание о механических часах содержится в византийской антологии (кон. 6 в.). Первые механические часы имели только одну стрелку - часовую. Одни историки приписывают изобретение механических часов Пацификусу из Вероны (начало 9 века), другие - монаху Герберту (впоследствии папа Сильвестр II), якобы в 996 сделавшему гиревые башенные часы для г. Магдебурга, которые не были механическими часами в современном понимании. Скорее всего, это были водяные часы с использованием механизмов для приведения в действие дополнит, стройств, например механизма боя часов, но не отсчёта времени. Достоверно известно, что простые по конструкции механические башенные часы были построены в Милане в 1335 г. В 134Ч64 Донди в Италии создал часы, которые наряду с отсчётом времени воспроизводили движение Солнца, Луны и пяти планет. В 1354 были становлены часы Страсбургского собора с курантами, календарём и движущимися фигурами. В России первые башенные часы были сделаны в 1404 в Московском Кремле монахом Лазарем Сербиным; они имели гиревые двигатели, механизм боя, планетарный механизм. В 1Ч17 вв. башенные часы начали станавливать во многих городах России. 
Рис. 3. Шпиндельный спуск: 1-шпиндель; 2-грузы шпинделя;а 3, 4-палеты; 5-спусковое колесо; 6-триб. |
||
|
В 14 в. появились первые механические часы со шпиндельным спуском (рис. 3). По сравнению с водяными часами шпиндельные часы были болееа совершенные, но все же точность их хода не превышала 0,5 ч в сутки; до 16 в. они имели алишь часовую стрелку. Около 1510 га Нюрнбергский механик П. Хенлейн впервые применил вместо гирь стальную пружину и создал карманные часы со шпинндельным механизмом. Из-за несоверншенства пружин и самого шпиндельного механизма, не имеющего собственного периода колебаний, показания этих часов сильно зависели от степени заводки прунжины. В 1525 Я. Цех из Праги предлонжил фузею, или литку,Ч приспособленние для выравнивания силия пружины во времени, что позволило повысить точнность пружинных часов. Шпиндельные часы, хотя и имели невысокую точность, отлинчались высокой надёжностью и просунществовали до конц 19 в. Огромное значение для повышения точности часов имело открытие Г. Галинлеем изохронности малых колебаний маятника, т. е. независимости периода его колебанийа от амплитуды. Галилей около 1640 га предложил новый спусковойа механизм, напоминающий современный хронометровый, но его идея не получила практического воплощения. Изобретателем современных механических часов по праву считается X. Гюйгенс, который, в 1657 применил маятника ва качестве регулятора хода часов. Маятник (длинный стержень с тяжелым грузом на конце) качается равномерно. Каждое колебание он совершает за одно и то же время. Маятник регулирует ход часов. Манятниковые часы, даже с несовершенным шпиндельным механизмом, позволили снизить погрешность за сутки доа Ч10 сек. В 1675га английский часовщика У. Клемента предложил заменить шпиндельный менханизм, н крючковый, представнляющий собой простейшую разновиднность анкерного спускового механизма. Такой механизм сохраннился до наших дней в простейших маятниковых часах тип ходикова (рис. 4). Новый шаг в совершенствовании часов связана са именема англичанина Дж. Грагама, который изобрёл анесвободнный анкерный механизм, имеющий значительно меньшие потери энергии, чем крючковый механизм Клемента. Ва 1675 Гюйгенса предложил в качестве регулятор колебаний иснпользовать систему баланс - спинраль. Баланс - это колесоа с маснсивным металлическим (обычно латуым)а ободом, креплённое н стальной оси; спираль - тонкая пружина, один конец которой крепится к оси баланса, другой - к неподвижной опоре. Вынведенная из состояния покоя система баланс Ч спираль совершает колебания вокруг своей оси; момент инерции баланса и жёсткость спирали определяют период колебаний системы. Такая колебательная синстема обладает собственныма периодом колебанний;а он достаточно надёжна при перенноске и транспортировке часов. В связи са применением балансового ренгулятор в часах с пружинным двингателем потребовалось дальнейшее сонвершенствование спусковых механизнмов. До конца 19 в. в карманных часах широнко применялся изобретённый Грагамом в начале 18 в. цилиндровый механизм. Со 2-й половины 19 в. получил распространение свободный анкерный механизм, до сего времени применяющийнся во всех переносных, в том числе наручных и карманных, часах. В связи с повышением точности часовых механизмов в конце 17 в. в карманных часах станавливают миннутные стрелки, а примерно с 1760 в часах стали применять секундные стрелки. 
Рис. 4. Схема механизма маятниковых часов с крючковым спуском: / - поволок; 2 - ось скобы; 3 - скоба; 4 Ч спусконвое колесо; 5 - основная колёсная перендача; 6 - колёсная передача стрелок; 7 - стрелки; 8 - гиревой привод; Ч маятник. Значит, влияние на точность хода манятниковых, особенно балансовых, Ч. оканзывает изменение температуры окружающей среды. Погрешность хода маятниковых часов за сутки при изменении температуры на 1 при деревянном - 0,2 сек; для балансовых часов со стальной спиралью около II секунд, в основном з счёт изменения её жёсткости. В середине 18 в. было создано несколько типов маятников, температурная погрешность которых странялась методом компенсации. Температурная компенсация балансовогоа регулятора, основанная на применении биметалла, была предложена ва 1761г французскима часовым мастерома П. Леруа. Такие балансы с компенсационными грузами по ободу применяются в современных морских хронометрах. Русский механик И. П. Кулибин в кон. 18 в.предложил оригинальную конструкцию биметаллического баланса. Ва конце 19 - нач.20 вв. швейцарский физик Ш. Э. Гильом создал материалы с близким к нулю коэффициентом линейного расширения (для маятников) Чинвар, и c минимальныма значением термоэластичности коэффициентом (для часовыха спиралей) Чэлинвар. Использование этих материалов в часах в сочетании с компенсационными стройствами практически странило температурные воздействия на ход механических часов. Так, например, часы с маятником из инвара даже без компенсационные стройства имеют температурную погрешность хода за сутки менее 0,05 сек на 1 В России в 18 в. над совершенствованнием часов, в частности спускового механнизма и способов температурной компеннсации, работали выдающиеся механики Кулибин, Т. И. Волосков, инженер Л. Собакин. Кулибин, создал ряд нинкальных часов, в т. часы, хранящиеся в Эрминтаже, часы в форме яйца, с фигурами, автонматически выполняющими во время боя сложные движения; карманные планентарные часы с семью стрелками, показынвающими часы, минуты, секунды, дни недели, месяцы, фазы Луны, восход и заход Солнца. В 19 веке в России спешнно работали над совершенствованием часов механики Д. И. Толстой, И. П. Носов; часовщики братья И. Н. и Н. Н. Бутеноп в 185Ч1852г полностью реконструиронвали куранты Спасской башни Московского Кремля. В конце XIV века появляются первые механические часы, и начинается постоянное состязание в техническом совершенстве, сложности прибора: куранты, отбивающие часы, получасы и четверти; системы, воспроизводящие мелодии; механические фигурки, в определенное время появляющиеся у циферблата и разыгрывающие пантомимы. Появляются миниатюрные часы с деталями в одну десятую грамма и часы-гиганты, у которых вес одной гири достигает 800 килограммов. Вершиной искусства часовых дел мастеров остаются и сегодня не превзойденные по сложности механизмы, такие, как состоящие из 18 тысяч деталей часы в Безансоне (Франция) с 75 одновременно действующими циферблатами. XIX Век.1809 г. - Парижский ювелир Нитон, изготавливая подарок к свадьбе пасынка Наполеона Евгения Богарне и Августы Люксембургской, вмонтировал в сыпанный драгоценными камнями браслет миниатюрный часовой механизм. Он и не подозревал, что становится создателем наручных часов. Кстати, в то время его идею не оценили по достоинству: в почете была луковица - карманные часы с цепочкой, оснащенные боем, иногда и репетицией (повторным сигналом времени, который давали нажатием кнопки). XX Век-1904 г. - мастера Европы изготовили партию наручных часов для продажи в США. Но всю ее, как не нашедшую сбыта, пришлось вернуть в Старый Свет. А всего через несколько лет новинка получила признание у первых авиаторов. И наручные часы начали свое победное шествие: сегодня они выпускаются миллионами экземпляров ежегодно. По назначению часы можно разделять (условно) н бытовые и специальные. В зависимости от словий использования различают бытовые Ч. наручные, карнманные, настольные, настенные, личнные, башенные. В зависимости от назнанчения выделяют специализированные часы для подводного плавания, дорожные, антимагнитные и другие. Имеется большая группа часов специального, служебного нанзначения: сигнальные, табельные, пронцедурные, программные и другие. По типу колебательных систем, используемых в современных часах, различают маятниковые, балансовые, камертонные, кварцевые и квантовые часы. Поскольку в часах поддержание коленбаний и индикация могут выполнятьнся от разных энергетических источников и разными способами, то различают механические, электромеханические (или контактные), электронно-механические (или бесконтактные) и электронные часы (например, кварцевые с цифровой индикацией на жидких кринсталлах). Особо выделяют синхронные или, как их иногда называют, электрические часы, работающие от сети переменного тока. Такие часы по существу являются вторичнными, роль первичных часов выполняет генератор электростанции. Первичными часами могут быть также обычные часы, как правило, повышенной точности, от которых с минутными или полуминутными интернвалами по проводам передаются электнрические импульсы вторичным часам. Наиболее распространены (70-е гг. 20 в.) механические часы с механическим (пружиым, гиревым) приводом. Основные злы современных механических часов (рис. 5) - двигатель, система колёс, ход или спусковой механнизм, регулятор, стрелочный механизм и механизм заводки Ч. Пружина (двигантель) вращает барабан 1 (внутри которого она находится) и через него систему конлёс Ч5, частот вращения которых опренделяется периодом колебаний системы баланс - спираль Ч7. Числа зубьев колёс и период колебаний баланса подбинрают так, чтобы колесо 2 делало один оборот в час, колесо 4 - один оборот в минуту; на их осях могут станавлинваться соответственно минутная и секундная стрелки. 
Рис. 5. Схема механизма наручных менханических часов: / - заводной барабан; 2, 3, 4 Ч основная зубчатая передача; 5 - спусковое колесо; 6 - баланс; Ч спираль; 8 Ч анкерная вилка; 9 - триб минутной стрелки; 10 - часовое колесо; // - триб вексельного колеса; 12 - векнсельное колесо; 13 - переводные колёнса; 14 Ч заводной вал; 15 - заводная головка; 16 - переводной и заводной рычаги; 17 Ч заводной триб; 18 - кунлачковая муфта; 19 - заводное колесо; 20 Ч барабанное колесо. |
||
В
древнем Китае существовали, например, часы, л
которые были сделаны из пропитанных
маслом веревок, на которых были завязаны злы.
Такой шнурок поджигали, и каждый раз, когда
пламя достигало зла, проходил
определенный отрезок времени. Практически же минутнная стрелка закрепляется не на самой оси колеса 2, на трибе 9, позволяющем переводить стрелку независимо от колёс Ч5. Колесо 2 через передачу Ч11 - 12 приводит в движение колесо 10, на котором крепится часовая стрелка. При занводке вращение головки /5 (через вал 14, муфту 18 и колёса 17, 19а и 20) сообщается валу, на который наматывается пружинна. При переводе стрелок вытягивают головку 15, муфта 18 с помощью рычагов 16 отводится от триба 17 и вступает в зацепление с переводными колёсами 13, вращение которых сообщается стрелкам. Современные часы оснащают часто дополнительным, менханизмом, показывающим числа и дни недели, в крупных часах и месяцы. В нанручных часах часто применяют противонударные стройства, предохраняющие их механизм от поломок. Всё большее раснпространение получают наручные механнические часы с автоматическим подзаводом, в которых на механизме часов со стороны крышки расположен свободно качающийся груз в виде неуравновешенного сектора. При ношении часов на руке груз качается и ченрез колёсную передачу с реверсивным стройством подзаводит пружину; за 1Ч12 часов пружина получает завод, обеспечивающий ход часов в течение 20 и более часов. Потребитель освобождается от необходимости заводить часы и, что осонбенно важно, они работают при более понстоянном значении силия заводной прунжины, в результате чего часы имеют более высокую точность хода. Первые попытки применения электрических стройств в часах относятся к 3Ч40-ма гг.19а в. Первоначально получили распростнранение электромеханические маятниковые и балансовые часы, в которых завод осуществнлялся с помощью электромагнита, электнродвигателя и т. д. Большое значение для дальнейшего развития электромеханнических часы имели работы швейцарских часовщиков М. Гипп и Л. Бреге, создавших часы с электроприводом. В электромеханических часах с электроприводом источник питания через контакты, правляемые маятником или балансом, периодически подключаетнся к приводу, в результате чего в спусконвом регуляторе устанавливаются автоконлебания. Роль двигателя таких Ч. выполнняет сама колебательная система, движенние которой с помощью спец. механизма преобразуется в прерывистое вращательное движение стрелок.
До середины 20 века электромеханические часы были в основном крупногабаритными, маятникового, реже балансового типа. На усовершенствование конструкции манлогабаритных, и, прежде всего наручных, электромеханических балансовых часов значит, влияние оказало появление малогабаритнных и энергоёмких источников тока, миниатюрных контактов. В начале 50-х гг.20 век появились балансовые наручные электромеханические часы, выпущенные фирнмами во Франции
Лип (Lip), в СШАЧ Гамильтон (Hamilton), электрическая цепь которых при подаче импульс балансу занмыкалась механическими контактами.
Замена механических контактов, электроыми ключами на транзисторах, туннельнных диодах, интегральных микросхемах решила проблему повышения надёжности электронно-механических часов Современные наручные электронно-механические балансовые часы именют точность хода 15 сек в сутки, понтребляют около 10 мкА от источника тока напряжением 1,Ч1,5 в. Такие Ч. с трандиционными колебательными системами (осцилляторами) - маятником или банланс - спиралью Ч в отличие от коннтактных часов иногда называют бесконтактнными. Быстродействие электронных стнройств и возможность правлять ими при малых амплитудах осцилляторов обусловили развитие камертонных и кварнцевых часов, обладающих высокой точнностью.
В 70-х гг. 20 века получили широкое раснпространение, наручные и настольные камертонные часы с автономной работой без смены батареи от 1 до 2 лет при точнности хода 2 сек в сутки. Первый канмертонный регулятор с контактным прерывателем был создан А. Гийе в 1915г. В 1919г У. Эклс и Ф. Джордан (Великобритания) и А. Абрахам и Э. Блох (Франция) предложили схему лампового камертонного регулятора с электромагнитной системой привода. Камертонные регуляторы на транзистонрах для наручных часов впервые были изнготовлены фирмой Булова отч компани (Bulova Watch Co) в США в 1950г; вкамертонные часы были выпущены в 1962 на 2-м Московском часовом завонде. В этих часах применён храповой механнизм для преобразования колебаний канмертона во вращение стрелок. Одна из схем электромеханических камертонных часов представлена на рис. 6.
Рис. 6. Схема механизма камертонных часов: Т - транзистор; R - резистор; С - конденсатор; Li - обмотка освонбождения; LiЧ импульсная обмотка; Х Е - источник питания (гальванический элемент); / - камертон; 2 - храповый механизм; 3 Ч колёсная передача; 4 - стрелки (часовая, минутная, секундная).
При колебаниях камертона в обмотке освобождения наводится эдс, которая открывает транзинстор, в результате чего в импульсную обмотку поступает ток от источника пинтания. Частот колебаний камертона - 360 Гц.
В электронно-механических часах с относительно высокочастотными (понрядка 32 кГц) кварцевыми осцилляторами электрические импульсы спускового регулянтора управляют работой шагового или синхронного электродвигателя или синнхронизируют работу двигателей постонянного тока. В этих случаях схема правнления состоит из электронного делителя частоты, схемы формирования импульнсов и силителей. Большинство кварценвых часов имеет шаговый электродвигатель. Регулировка хода часов осуществляется с помощью триммера в цепи кварцевого генератора. Впервые схема кварцевых часов была предложена В. А. Маррисоном (Великобритания) в 1929; в кон. 70-х гг. такие часы выпускают многие фирмы, например, в Швейцарии Патек Филипп Эбош (Раtek Philippe Ebauches), Омега (Omeнga); в США - Гамильтон; в Японии Ч Сэйко (Seiko). Высокотемпературная стабильность, повышенная добротность и стойчивость кварцевых генераторов к внешне-динамическим воздействиям обеспечинвают точность бытовых малогабаритнных электронно-механических часов около 2 сек, в крупногабаритных прецизионных - 0,001 сек в сутки.
Кварцевые наручные часы получили распространнение благодаря возможнностям современной технологии изготовления полупронводников и созданию иннтегральных микросхем. Часы с электронной схемой и цифровой индикацией на жидких кристаллах или светодиодах называются электронными. Электронная часть этих часов содержит, кроме кварнцевого генератора, делинтели частоты (счётчик), дешифраторы (рис. 7, ). Ввыпускаются (с 1977г) кварцевые часы, как со стрелочной, так и с цифровой индиканцией (рис. 7,б).
Для согласования показаний группы часов применяются системы единого времени. Они состоят из первичных высокоточных часов и группы вторичных часов, соединённых с первичными каналами связи. Первичнные часы правляют работой вторичных часов, которые могут быть обычными электромеханическими часами или счётчиками электрических импульсов. Для повышения точности и надёжности системы единого времени вторичные часы часто делают автономными (самостоятельно идущими), ход которых периодически корректируется или синнхронизируется сигналами точного вренмени от первичных часов.
Современные часы обеспечивают широкий дианпазон по точности в зависимости от практических потребностей измерения времени. Так, например, атомные эталоны, используенмые, в частности, при космических исследованниях, имеют относительную погрешность около 10-13; высокоточные маятниковые часы порядка 10-11, кварцевые морские хроннометры 10-8 (т. е. точность их хода сонставляет несколько тысячных долей секунд за сутнки); наручные кварцевые часы имеют точнность хода в пределах 2 сек в сутки, канмертонные и балансовые электронно-менханические часы до 15 сек в сутки; механические бытовые часы высокого качества до 5 сек, ср. качества 3Ч60 сек в сутки; механнические будильники Ч1,5 мин ва сутки.
Астрономические часы, отличающиеся большой точностью и иснпользуются при астрономических наблюденниях. Знание точного времени необходинмо при решении большинства задач астронметрии, а также некоторых других разделов астрономии.
С древнейших времён вплоть до 15 в. время в астрономии измерялось солнечными, песочными и водяными часами. Часы с механизмом из зубчатых колёс впервые были применены для астрононмических наблюдений в 1484г. Однако вследнствие несовершенства регулятора поканзания таких часов были грубы. Маятнинковые часы, созданные впервые X. Гюйнгенсом (1657), нашли широкое примененние в службах времени. Невозможность пользоваться маятниковыми часами в снловиях мореплавания стимулировала создание хронометра, который обеспечинвает точность хода, достаточную в экспендиционных условиях, хотя и меньшую, чем у маятниковых часов. Гл. требованние, предъявляемое к астрономическим часам, сводится к обеспечению максимального, постоянства периода колебаний их регулятора (в маятниковых часах - маятника). При постоянном скорении силы тяжести период колебанний маятника зависит: от приведённой длины маятника, от амплитуды, от плотнности среды, в которой колеблется маятнник. Изменение этих величин оказывает существ, влияние на ход часов. Так, изменение приведённой длины маятника, происходящее главным обр. из-за непостоянстнва температуры, на 1 мкм вызывает изнменение суточного хода часов, на 0,04 сек. Для максимального меньшения влияния темперантуры на ход часов стержни маятников изготовляют из материалов с малым коэффициентом температурного расширения, стнраивают различные компенсационные приспособления, часы помещают в изотермические камеры. Амплитуды маятников астрономических часов аобычно не превышают 120'. Измененние этой величины на 0,1', изменяет сунточный ход на 0,011 сек. Для странения влияния изменений плотности среды маятнник или весь механизм часов помещают в сосуд, из которого частично далён воздух.
В конце 19 - начале 20 вв. получили раснпространение часы Рифлера, изменение суточного хода которых не превышало 0,01 сек. В часах Рифлера впервые был применён так называемый свободный спуск маятнника. В 1910г была разработана конструкция маятниковых часов Шорта с суточным изменением хода, не пренвышавшим 0,01 сек. Основной особенностью этих часов является применение двух маятников. Первичный (лсвободный) маятник, освобождённый от всякой механической работы, помещается в стеклянный цилиндр, в котором поддерживается давленние 20 мм ртутного столба. Цилиндр станавлинвается в помещениях с круглогодично поддерживаемой постоянной температунрой. Всю механическую работу по приведению в действие механизма часов исполнял вторичный маятник (лмаятник-раб), конлебания которого с помощью специальных электрических системы синхронизировались с колебаниянми первичного. Вторичный маятник даёт импульс для поддержания колебаний обоих маятников. Наиболее точные маятнниковые часы - Федченко часы с изонхронным подвесом маятника, обеспечинвающим стабильную амплитуду качанний. Точность этих часов сравнима с точнностью лучших кварцевых часов, которые появились в 4Ч50-х гг. 20 в. Последние на относительно небольших интервалах времени обеспечивают точность отсчёта моментов времени, существенно более высокую, чем это дают астрономические наблюдения, но вследствие эффекта старения кварцевой пластинки, они не монгут определять самостоятельно равномернную шкалу времени. Кварцевые часы произвели переворот в деле получения и хранения точного времени. Это обеспенчивается сопоставлением показаний мнонгих кварцевых часов и астрономическими нанблюдениями Развитие науки и техники привело к тому, что астрономические требования к точнности часов перестали быть никальнынми. В то же время организация передач сигналов точного времени по радио и по телевизионным Каналам позволила регулярно контролировать ход опорных часов астнрономических обсерваторий по показаниям лучших часов единой государственной службы вренмени и т.о. значительно повысить надёжность их работы.
Новинки техники
Часы могут показывать время как в привычном нам 24-часовом режиме, так и в режиме 12 часов до и после полудня. Еще одна функция - "двойное время", она добна, если вы собираетесь звонить по телефону в город, расположенный в другом часовом поясе. Возможна еще более сложная функция - "мировое время", позволяющая знавать время в любом часовом поясе.
Часы, издающие звуковые сигналы, в том числе и различные мелодии, сменяющие одна другую после каждого срабатывания будильника. Некоторые будильники станавливаются на необходимое время произвольного числа и месяца. Звонок будильника можно включить так, чтобы он автоматически повторился через несколько минут. В некоторых моделях звуковой сигнал, если его не прерывать, становится все громче. Самым сложным из звуковых сигналов можно считать речевое сообщение. Часы со встроенным синтезатором речи объявляют начало каждого часа или после нажатия кнопки проговаривают текущее время.
Часы с секундомером и таймером. Первый измеряет время от нуля до того, пока не будет нажата клавиша "стоп". Таймер отмеряет заданный период времени и выдает звуковой сигнал, когда время выйдет.
В часы с калькулятором встраивают микропроцессор, способный выполнять четыре арифметических действия с 8-разрядными или 10-разрядными числами, то есть самым большим числом может быть или . Клавиатура калькулятора все реже снабжается клавишами - их роль играет безклавишная панель, чувствительная к нажатиям, - такая клавиатура не боится пыли и влажности.
|
Цифровой фотоаппарат в часах. Снимки получаются не очень высокого качества и только черно-белые, зато в памяти фотоаппарата помещается целых 100 кадров. К каждому кадру можно записать краткий комментарий (до 24 символов). Снимки можно просматривать на встроенном жидкокристаллическом мониторе, когда память заполнится - перекачать в память компьютера или распечатать на принтере. Вес часов-фотокамеры - 32 грамма. (фирма "Касио") |
|
|
Часы с музыкальным плейером. Музыку загружают туда из Интернета. Памяти хватает на полчаса звукозаписи с качеством, равноценным качеству компакт-диска. Если довольствоваться качеством, как у компакт-кассеты, то записывается около 45 минут музыки. Прослушивание через наушники. Вес часов с музыкой - 70 граммов. (фирма "Касио") |
|
|
САМЫЕ, САМЫЕ, САМЫЕ...
|
Маленькие |
|
Украинский ченый Николай Сядристый создал в мире самые маленькие часы в виде стрекозы, в голову которой помещены микрочасы. В них 130 деталей. |
|
Старые |
|
Самые старые башенные часы в Москве - это кремлевские куранты на Спасской башне. Часы приводятся в действие тремя гирями весом по 224 килограмма. Вес маятника 32 килограмма. Механизм курантов заводится электромотором два раза в сутки . |
|
Точные |
|
Самые точные часы в мире - атомные. Они используются в качестве эталона времени. |
|
Дорогие |
|
Самые дорогие наручные часы были проданы в 1996 году на аукционе за 2 с лишним миллиона швейцарских франков. |
|
Известные |
|
Самые известные часы Биг Бен в Лондоне. Высота башни, в которую они встроены-98метров. |
МАЯТНИК а.
1. Маятники физический и математический, Основной закон колебаний маятника.
Маятником мы называем всякое тело, которое свободно подвешено вне своего центра тяжести, и притом так, что оно может качаться около точки поднвеса. Мы помянули о центре тяженсти. Центром тяжести тела мы назынваем такую его точку, при которой свободно подвешенное в ней тело будет находиться в безразличнома равновесии. Иными словами, при таком способе закрепления каждый предмет сохранит любое положение, которое мы ему придадим. Если мы вообранзим, что масс всего тела сосредотончится в его центре тяжести, то такая точка будет отвечать на воздействие авнешних сил таким же образом, как и авсе тело.
 |
|
Математиченский маятник. |
Пусть ва любома физическома маятникеа происходита такое воображаемоеа сжатие. Тогда он аобратится в простейший математический маятник, изображенный схематически на рисунке. Он состоит из:1)тяжелого, но непротяженного центра тяжести: S, 2) лишенного веса, неизменяющего своей длины и не сгибающегося стержня маятника bи 3) неподвижной точки а около котонрой происходят колебания. Такой воображаемый маятник нанзывается математическим маятником, или простым маятнинком. Его можно воспроизвести с некоторым приближением при наличии небольшого свинцового шарика, подвешенного на, тонкой шелковой нити.
В противоположность воображаемому математическому маятнику каждый сооруженный из материального вещества маятник называется физическим, или сложным маятником.
Физический маятник, применяемый в часах, тем соверншеннее, чем он ближе к математическому маятнику. Маятнник часов должен, поэтому иметь, возможно, более легкий, но жесткий стержень и возможно более тяжелый и маленький груз. Применение маятника, как регулятора хода часов, оснонвано на следующем - правда, не вполне точном - положении: Длительность качаний одного и того же маятника есть величина постоянная.
Галилей, открывший в 1583 г. закон колебаний маятника, находясь однажды в соборе в Пизе, обратила внимание на свешивающуюся, с потолка качающуюся лампаду. С доступнной ему точностью наблюдений он заметил, что длительность этих колебаний оставалась постоянной, хотя размахи постонянно меньшались. Подвергнув это явление научному исслендованию, великий мыслитель пришел к становлению вышенприведенного положения. Как вывод у него явилась мысль применить маятник для измерения времени и регулированния хода часов.
Сообщают, что Галилей, же, будучи слепым, дал своему сыну Винценту указания для постройки маятниковых часов, но смерть обоих - и отца и сына - прервала осуществление идеи Галилея, все заготовленные части будущих часов безнвестно пропали.
Другое столь же важное положение, которое, акак и пернвое, было же известно Галилею, утверждает, что продолжительность колебаний маятника зависит от длины маятника; с величением длины маятника, совершаемые им колебания занмедляются.
В простейших конструкциях часов маятник подвешинвается с помощью петелек или даже нити. В лучших часах для подвеса применяется плоская пружина, реже Ч призма'.
1. Компенсационные маятники
Для прецизионныха часов даже самый лучший деревяый стержень недостаточен, так как наиболее атщательное пропитывание маслом не страняет полностью влияния сырости. Такие точные часы должны быть снабжены маятниками, у которых имеются особые приспособления, равновешивающие влияние температурных колебаний (компенсация). Это так называемые компенсационные маятники. Из многих применяенмых в анастоящее авремя акомпенсационных мятников наиболее распространенными являютнся:1)маятник со стержневой компенсацией.2)ртутный маятник и 3) маятник из никелевой стали.
Все три маятника, основаны на следующем: при повышении температуры вызывающем длинение маятника, известная часть стержня расширяется к верху, притом так, чтобы центр качания сохранял неизнменным свое положение относительно точки, вокруг которой происходит это качание, а
это значит, что математическая длина маятника остается одинаковой при всяких темнпературах.
У маятника со стержневой компенсацией это достигается таким образом: стержень маятника делают составным из ненскольких металлических прутьев, иза которыха одни могута расширяться кверху, другие - книзу. Длина стержней рассчитана так, чтонбы влияния этих двух противоположных раснширений были численно одинаковы. Ясно, что в таком случае линза маятника останется всегда па одной и той же высоте.
На рис. 8,изображен такой маятник: а, d, dТ - стальные стержни, они расширяются вниз; е и eТЧ цинковые стержни, они опираются на поперечный брунсока аса аи поэтому расширяются кверху. На стальном стержне ат аукреплена линза аl атак, чтобы расширение ее не понвлияло на ход часов. С помощью регулирующей гайки аj алинза может быть, смотря по надобности, поднят или опущена, аи, азначит, может абыть изменена длина маятника. Оба, цинковые астержня прикреплены к поперечным брускам в и c; стальные внешние стержни d и d' прикреплены к поперечным брускам аb аи аf; но свободно проходят сквозь поперечнный брусок с. Эти оба стержня продолжены несколько ниже поперечного бруска ав самую линзу, чтобы она не могла повернуться вокруг стального стержння ат. Средний стальной стержень, асвободно проходит сквозь верхний поперечный брусок b, ано зато прикреплен ак апонперечной апластине ас. Все эти скрепления аделаютнся апри апомощи штифтов и гаек.
Маятник со стержненвой компенсацией был изобретен в 1726 г. Джонном Гаррисоном и применялся с тех пор со значительным спехом в различных видоизмененниях. Кстанти отметим, что нередко маятники обыкновенных стенных часов, у которых стержни составлены из железных и латунных проволок, также называнют компенсационными маятниками. Но это неверно; они не являются компенсационными маятниками, большее число стержней применено только для крашения и ничего общего с компенсацией не имеет.
Другой компенсационный маятник представлен на рис. 9, это - ртутный маятник Грахама. Он был изобретен в 1715 г. Джорджем Граиамом, которому мы обязаны многими крупными достижениями в области часового дела.
Рис.9. Ртутный маятник Грахама.
Линзой служит сосуд,
наполненный до известной высоты ртутью. Стержни маятника и оба боковых стержня, которые служат рамой для сосуда с ртутью, - из стали.
Когда температура повышается,
стержень маятника, и оба боковые стержня длиняются книзу; от этого, маятник становится длиннее.
Одновременно с этим находящаяся в сосуде ртуть (ее спонсобность расширяться, по крайней мере, в десять раз больше, чем у стали)(1) арасширяется кверху и подымает при этом центр тяжести ртутного столба. Высот ровня ртути в ста канне и размеры прочих частей маятника подбираются так, ачтобы центр качаний всегда сохранял свое положение, ненсмотря на изменение температуры и чтобы, следовательно, математическая длина маятника оставалась постоянной.
Этот компенсационный маятник изготовляется тоже разнличных форм, хотя, по идее, все эти конструкции одинаковы. У такого маятника бывает один или несколько сосудов, иногда до четырех.
1 При изменении температуры ртутного столба высотой в 1 м на
10
2. Ртутный и инварный маятники Рифлера.
Кварцевый манятник Сатори
Из прочих ртутных маятников выделяется ртутный маятнник Рифлера (рис. 10).
Стержень этого маятника представляет собою стальную трубку, наполненную ртутью до двух третей аее высоты. На конце трубки сидит тяжелая латунная чечевица, поддержинваемая у ее центра при помощи двух регулировочных гаек. Под главной гирей на маятнике находятся еще два или три небольших диска, меняя вес которых, можно регулировать действие компенсации маятника. Подъем или опускание этих добавочных грузиков действует так же, как и переменщение главного груза, именноЧсоответственно ускоряет или замедляет колебания маятника. Ртутные маятники Рифнлера были первыми маятниками, изготовленными по точнному расчету. лучшение конструкции новейших компенсационных маятников достигнуто путем применения для их изготовления специальных материалов. Из новых маятнников в точных часах пользуются наибольшим распространнением аинварный маятники, показываюнщие прекрасные результаты. Французнский ченый, член академии Ш. Э. Гильом нашел, что сплав 35,7% никеля и 64,3% железа, который он назвал иннваром - неизменяемым, - обладает очень малым температурным удлинением, именно, приблизительно в 10-раз меньшим, чем у никеля и стали.
 |
 |
Другой 3, Рифлер произвел длительные опыты по применению этого сплава компенсации маятников и в 1897г сконструировал компенсационный инварный маятник. Инварный маятник Рифлера изображен на рис. 11.,S - инварный стержень маятника, М и М1 Ч регулируюнщие гайка и контргайка. На гайку М опирается свободно двигающаяся по стержню маятника компенсационная трубка К, изготовляемая обыкновенно из латуни. Вторая компеннсационная трубка К1 - из стали Ч опирается на трубку К. Линза L - маятника, отлитая из латуни или чугуна, просвернлена снизу до самой середины, так что она лежит на комнпенсационной трубке К1 своею частью А. Длины компенсанционных трубок К и К1 подбираются так, чтобы центр канчания маятника не смещался под влиянием изменений темнпературы. Инварный маятник, сконструированный в 1903 г. проф. Л. Трассером, директором школы часового искуснства в Глассхютте, сходен по идее с только что описанным маятником Рифлера, но несколько иной формы. О качествах этих маятников в литературе имеется мало казаний.
Еще более пригодным материалом для маятников является плавленый аморфный
(не кристаллический) кварц в виду его особенного малого температурного длинения
(в три раза меньше, чем у инвара). С другой стороны, кварцевые стержни крайне затруднительны в обработке, так как кварц вследствие своей твердости поддается только шлифовке. Поэтому инженер Натори в своем кварцевом маятнике,
. сконструированном им в 1910 г. закрепляет крючок для поднвески маятника в часах,
а также короткую компенсационную трубку, несущую на себе чечевицу маятника, при пон
мощи колец-хомутиков с зажимными винтами. По свидентельству Венской обсерватории такие маятники дали блестящие результаты.
Для сравнения достоинства различных материалов, принменяемых при изготовлении маятников, приводим табличку изменений суточного хода часов с различными маятниками, при изменении температуры маятника на 10
|
Маятник |
Изменения суточного хода в сек |
|
Из стали Из дерева1 аИз инвара Из плавленого кварца Компенсационный Рифлера |
5,3 2,6 0,7 0,2 от 0,2 до 0,01 |
1 При отсутствии влажности и абсолютно сухом дереве.
3. Температурное расслоение и его влияние на маятник.
Все описанные компенсационные маятники могут хонрошо работать только тогда, когда температура всех частей маятника одинакова. Часы должны быть тщательно защинщены от резких колебаний температуры, иначе отдельные части маятника не спевают должным образом прогреваться. Вследствие аэтого прецизионные часы станавливают в спенциальных подвалах, температура которых аменяется аплавно и незначительно, только на малые доли градуса.
По этой же апричине апеременная аразность температуры по высоте маятника, как это можно наблюдать в отапливаемых помещениях, также крайне вредна для правильной работы компенсационных амаятников. Различные акомпенсационные амаятники аотзываются на это по-разному. Часы с ртутными маятниками Грахама и Рифлера, несмотря на то, что последнний по предварительно авысказанным соображениям должен бы быть свободен от этого недостатка, изменяют, свой асуточнный аход апримерно ана а0,3 сек апри аизменении аразности атемнпературы ана одном метре высоты на 1
Маятника со стержневойа компенсацией подвержена этому недостатку в значительно меньшей степени, так как компеннсационные части расположены почти по всей длине стержня. Обыкновенные инварные маятникиа Рифлер зависят от разности атемператур тоже заметно меньше, именно 0,005
сек на 1
Список используемой литературы.
1. Большая Советская Энциклопедия (в 30 томах) Главный редактор А.М. Прохоров издание 3-е
М.,Советская Энциклопедия. 1978г.
2. Генрих Канн
Практическое руководство по часовому делу,
М.: ОНТИ 1964г.
3. Шполянский В. А., Чернягин Б. М.,
Электрические приборы времени,
М.: Машиностроение 1973г.
4. Константинов А. И., Флер А.Г.,
Время,
Л.: Машиностроение 1971г.
|
|
|||
|
|
|||
 |
 |